Флавоноиды, S-белок SARS-CoV-2 и проникновение вируса в клетку

[129,133,134]. S-белок состоит из двух субъединиц: S1, ответственной за связывание с рецептором АПФ 2, и S2, обеспечивающей процесс слияния мембран. Между указанными субъединицами имеется уникальная для коронавирусов вставка из четырех остатков аминокислот (PRRA), образующая важнейший фуриновый (фурино-подобный) сайт (мотив) расщепления (FCS или FCM). Попутно заметим, что именно эта эксклюзивная аминокислотная вставка дала основание для неподтвержденного пока предположения об искусственном происхождении SARS-CoV-2, хотя она могла возникнуть и в ходе естественной эволюции коронавирусов [135]. Именно FCS на стыке субъединиц S1 и S2 (S1/S2) при контакте с мембраной и становится субстратом для праймирования с помощью широко экспрессируемых конвертаз пропротеинов клетки-хозяина, таких как фурин и другие фурин-подобные сериновые протеазы. Такое праймирование четко разделяет S-белок на субъединицы S1 и S2, удерживаемые вместе лишь нековалентным взаимодействием. Это приводит к тому, что субъединица S1 претерпевает конформационное изменение с “обнажением” рецепторсвязывающего домена RBD. В результате, RBD осуществляет шарнирное движение и меняет свое положение в триммере белка S со свернутой (“вниз” или “закрытая”) на раскрытую (“вверх” или открытая”) конформацию, что обеспечивает эффективное связывание с горячими точками (PD) на рецепторах АПФ 2. При этом гидрофильные аминокислотные остатки RBD вдоль границ раздела АПФ 2 и вирусного лиганда образуют прочную сеть водородных связей и взаимодействия с помощью солевых мостиков [92,133-139]. N-концевой домен субъединицы S1 также, возможно, принимают участие в процессе связывания с рецептором АПФ 2 [140]. Кроме того, не исключено, что определенную роль в связывании вируса играет его прямой контакт с гликокаликсом мембран клеток-хозяина. Так, было показано, что взаимодействие гепарансульфата и гепарина клеточной поверхности способствует прикреплению вируса через связывание RBD субъединицы S1 и индуцирование открытой конформации этого домена [138,141]. Это выглядит вполне реалистичным, если учесть, что АПФ 2 имеет на своей поверхности гликан (N-ацетил-β-глюкозамин), связанный с аспарагиновым остатком, который вполне мог бы взаимодействовать с RBD SARS-CoV-2 [92].

Вторая точка расщепления гликопротеина S находится внутри субъединицы S2, ответственной за фузогенную активность (активность слияния), и представляет собой протеолитический сайт S2´, за которым следует белок слияния (FP), два гептадных повтора HR1 и HR2 (гидрофобные заряженные аминокислотные повторы), трансмембранный домен (TM) и цитозольный хвост (CT). Праймирование S-белка на сайте S2´ осуществляется с помощью TMPRSS2, трансмембранной сериновой протеазы клеточной поверхности II типа. Это приводит к запуску цепи событий на мембране клетки-хозяина, включая стадию рефолдинга белков, обусловленную разделением субъединиц S1 и S2, обнажением гидрофобной спирали белка FP,

164

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

хозяина фурин и TMPRSS2, обеспечивающие праймирование S-белка, необходимое для осуществления описываемого контакта. Вполне возможно, что изучаемые лиганды могут воздействовать на все перечисленные точки. Пока, к сожалению, исчерпывающего ответа на сформулированный вопрос не получено.

Изучение возможного влияния флавоноидов на процесс взаимодействия SARS-CoV-2 с рецептором АПФ 2 человека с помощью исследований, в основном in silico, позволило выявить мультитаргетное воздействие у целого ряда этих соединений растительного происхождения. К сегодняшнему дню накопилось достаточно сведений относительно ингибирования активности SARS-CoV-2 путем связывания со спайковым гликопротеином вируса, что предупреждает прямой контакт последнего с клеткой-хозяина. Исследование молекулярного докинга позволило выявить высокую аффинность связывания у многих флавоноидов.

Эксперименты in silico показали, что такие флавоноиды и флавоноидные гликозиды как гесперидин, ройфолин, пектолинарин, морин, гербацетин, эпигаллокатехин, байкалин, кверцетин, скутелларин, силибин, силибинин, мирицитин, галангин с высокой степенью эффективности связывались со спайковым белком SARS-CoV-2. При этом многие флавоноиды по аффинности связывания превосходили противовирусные препараты [19,63,79,123,144-146]. Стыковка лиганда обнаруживалась с S-белком, находившимся как в открытом, так и в закрытом состояниях и осуществлялась посредством образования водородных связей с его аминокислотными остатками, а также с помощью гидрофобных и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий. Одновременно следовало выяснить, с каким отделом S-белка SARS-CoV-2 преимущественно взаимодействуют лиганды: с S1 доменом и его рецептор-связывающим субдоменом RBD или с S2 доменом. Так, было показано, что гесперидин, рутин, кверцитрин, катехины, нарингин, лютеолин и теафлавины продемонстрировали высокую связывающую аффинность с RBD: от – 6,69 до – 9,07 ккал/моль за счет водородных и гидрофобных связей, образуемых благодаря многочисленным гидроксильным группам лигандов [132,147-151]. В то же время, появились сведения, согласно которым преимущественной мишенью для таких флавоноидов как фисетин, кемпферол, кверцетин, изорамнетин, генистеин, лютеолин, апигенин является домен S2 спайкового белка SARS-CoV-2 [146,152].

Значительное количество данных имеет отношение к ингибирующему воздействию флавоноидов на рецептор АПФ 2. Однако к такому эффекту следует относиться с определенной степенью осторожности, поскольку избыточное угнетение АПФ 2 способно сдвинуть баланс в сторону преобладания АПФ, что чревато развитием более сильной воспалительной реакции и повреждения легких [73,153].

И все же, многочисленные исследования с применением молекулярного докинга четко продемонстрировали способность флавоноидов угнетать функционирование АПФ 2 по

166

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

цитоархитектоники описываемого интерфейса можно расширить и наши будущие возможности, которые динамически увеличиваются, начиная от ингибирования S-белка SARS- CoV-2 и рецептора АПФ 2 по отдельности и продолжая ингибированием интерфейса S-белок

SARS-CoV-2 : АПФ 2 и, наконец, комплекса RBD S-белка SARS-CoV-2 : АПФ 2 [167]. Это выглядит тем более логичным, что у целого ряда флавоноидов обнаружена способность взаимодействовать одновременно с обоими белками в зоне интерфейса, нарушая, таким образом, проникновение коронавируса в клетку-хозяина. Так, при анализе результатов докинга и молекулярного моделирования оказалось, что флавону лютеолину присуща достаточно высокая энергия связывания как с семью аминокислотными остатками RBD спайкового белка SARS-CoV-2, так и с АПФ 2 человека в зоне соприкосновения белков. При этом лютеолин продемонстрировал более высокое сродство с АПФ 2 [168]. В другой работе молекулярный докинг 10 природных соединений показал, что флавоноиды кемпферол, кверцетин и фисетин эффективно связывались с комплексом АПФ 2 : S-белок SARS-CoV-2 в зоне контакта этих молекул. При этом фисетин и кверцетин, благодаря образованию водородных связей и гидрофобных взаимодействий, стыковались одновременно с аминокислотными остатками АПФ 2 и с S2 доменом спайкового белка SARS-CoV-2, а кемпферол, по-видимому – с S1 доменом. Это отличие кемпферола, по мнению авторов, было обусловлено отсутствием в его молекуле гидроксильной группы в положении С3ʹ, что к тому же ослабляло аффинность связывания этого флавонола [169]. С использованием самого мощного суперкомпьютера SUMMIT был проведен виртуальный скрининг 8 000 препаратов, метаболитов и природных соединений в отношении интерфейса S-белок : АПФ 2, по результатом которого отобрали 7 наиболее активных соединений. Среди них оказалось 3 флавоноидных продукта: кверцетин, лютеолинмоноарабинозид и эриодиктиол, превзошедшие пороговую шкалу докинга. При этом лучшие соединения в большей степени связывались с АПФ 2 [162]. Аналогичные свойства были обнаружены у флавонолигнана силибина и близкого ему силимарина, которые взаимодействовали с сайтами 1 и 2 интерфейса S-белок SARS-CoV-2 : АПФ 2 с преимущественным связыванием с рецептором АПФ 2 [136]. Ряд других авторов в этой связи особо отмечают высокую эффективность гесперидина в отношении интерфейса RBD S-белка SARS-CoV-2 : АПФ 2 [144,170]. В исследовании C.Wu и соавторов [106] было показано, что гликозид флаванона гесперетина гесперидин оказался единственным природным соединением, способным связываться как со спайковым белком SARS-CoV-2, так и с рецептором АПФ 2. Авторам удалось продемонстрировать, что гесперидин при этом с одной стороны располагался в неглубокой ямке на поверхности RBD S-белка, а сахарный фрагмент лиганда занимал место в гидрофобном кармане, образованном рядом аминокислотных остатков АПФ 2 [106]. Уникальность подобной активности гесперидина была подтверждена в другом исследовании, в

168

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

вакцинирование, для обеспечения радикального терапевтического эффекта. Установленное противовирусное действие флавоноидов, реализуемое посредством воздействия на процессы проникновения вируса в клетку-хозяина и его репликацию, а также противовоспалительная, иммуномодулирующая, антиоксидантная, антитромбогенная активность этих полифенольных соединений заставляют рассматривать перспективность обсуждаемой проблемы с оптимизмом. В определенной мере этот оптимизм вдохновляется накапливающимися экспериментальными данными и первыми клиническими результатами, подтверждающими терапевтическую эффективность флавоноидов при COVID-19.

В заключение отметим, что сегодня не вызывает сомнений благоприятное влияние пищевых флавоноидов на организм человека, обусловленное их высокой биологической активностью. В последние десятилетия установлено, что рассмотренными выше видами действия биологическая активность флавоноидов отнюдь не исчерпывается. Кроме хорошо известных антиоксидантного, противовоспалительного и противоопухолевого эффектов следует отметить такие виды активности как противоишемическая, антигипертензивная, противодиабетическая, противомикробная, противовирусная, антитромбогенная, эстрогенная, нейротропная и другие. Это косвенно подтверждается огромным количеством эпидемиологических исследований, проведенных в последние годы. В то же время, существует много проблем, препятствующих целенаправленному клиническому применению флавоноидов, как и созданию на их основе индивидуальных высокоэффективных лекарственных препаратов. Первая из них определяется особенностями фармакокинетики флавоноидов. Подавляющее большинство выявленных видов фармакологической активности подтверждено в экспериментах in vitro, но достигнуть их адекватной концентрации в организме ввиду особенностей метаболизма удается далеко не всегда. К существенному же повышению дозировки большинство клиницистов относится с оправданной настороженностью по причине возможных и пока не установленных побочных эффектов. Кроме того, механизмы их фармакологического действия, учитывая современные подходы к требованиям доказательной медицины, нуждаются в дальнейшем углубленном комплексном изучении. Тем не менее, нам близок оптимистический взгляд на перспективу клинического применения флавоноидов, что, кроме выявленного многообразия биологической активности, обусловлено относительной дешевизной получения лекарственных препаратов и большой распространенностью этих пищевых полифенолов в окружающей нас, то есть близкой нам природе.

170

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/